[发明专利]复合材料试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料试验技术领域，尤其涉及复合材料断裂性能及分层行为的试验装置。

背景技术

目前被广泛用于飞机主承力构件的树脂基复合材料主要是层压板与层压结构，它们是由多层预浸带铺迭后热压而成的层压制件。在制造过程中由于预浸带的污染，或是热压过程中的挥发性物质未被排除等多种原因，很容易使层压板局部层和层脱粘，造成分层缺陷；此外，树脂强度远低于纤维，同时界面强度相对较低，使层间强度成为层压板的薄弱环节，并且层压板自由边、孔边等几何不连续处会引起高的层间应力。低层间强度和高层间应力也会导致层与层之间的分离，所以分层是层压板最主要的问题。

层压板的分层大致有I型(张开型)、II型(剪切型)和III型(撕裂型)以及它们的组合，其中，I型分层是拉伸受载，分层面与载荷方向垂直；II型分层是剪切受载，分层面与载荷方向平行；III型分层是拉伸和剪切同时受载。一般情况下，含混合应力的结构发生分层时，三种分层模式共存，其中I型和II型分层是主要模式，III型所占比重相对较小，可以忽略，因此I型和II型分层以及I型和II型的混合型分层是研究的重点。纯I型断裂性能的测量是通过悬臂梁(DCB)试验完成，试验时直接在试验件端部施加张开载荷；而纯II型是通过三点弯曲试验即端部缺陷弯曲(ENF)试验完成，试验时在试验件中间施加弯曲载荷进行传统的三点弯曲试验，此种试验方式无法灵活改变加载点位置；I型和II型的混合型断裂性能的测量只能通过混合模式弯曲(MMB)分层试验完成，但由于没有合适的试验装置所以试验难以实现。

虽然复合材料分层原理都被熟知并且也针对I型分层、II型分层断裂韧度做了大量试验，但是，由于没有合适的混合型分层试验装置，I型和II型的混合层间断裂韧度的试验很少，并且在实际实验研究中没有I型分层断裂韧度、II型分层断裂韧度、以及I、II混合层间断裂韧度测量的统一试验装置，更没有一种能够分别做I型分层、II型分层、以及I、II混合型分层试验的集成试验装置。

发明内容

本发明的目的在于设计一种用于复合材料的集成试验装置，利用该装置能够根据需要测量I型分层断裂韧度、II型分层断裂韧度、或者I、II混合层间断裂韧度。

为此，根据本发明，提供一种复合材料试验装置，所述复合材料试验装置包括：底座；第一支撑机构，其可移动地安装在所述底座上；第二支撑机构，其固定安装在所述底座的一端；加载机构，其位于所述第一支撑机构和所述第二支撑机构的上方，用以对被支撑在所述第一支撑机构和所述第二支撑机构上的试验件施加载荷；以及支撑梁，其与所述加载机构可移动地连接。

根据优选实施方式，所述复合材料试验装置还包括次级加载机构，其可移动地安装于所述支撑梁上并与所述加载机构间隔开。

具体地，所述第一支撑机构包括第一支撑架和安装在所述第一支撑架上的第一支撑轴，所述第一支撑架包括可移动的支座，其能够沿设置在所述底座上的导槽移动。

根据一种实施方式，所述第二支撑机构包括第二支撑架和安装在其上的下夹头，在所述下夹头上方相对设置有安装在所述支撑梁上的上夹头，在进行张开试验时，所述上夹头和所述下夹头与试验件铰链连接。

根据另一种实施方式，所述第二支撑机构包括第二支撑架和安装在其上的第二支撑轴，在进行剪切试验时，所述第二支撑轴与所述第一支撑轴共同支撑试验件。

进一步地，所述加载机构包括通过支撑座与所述支撑梁可移动安装的加载梁，以及依次与所述支撑座连接的滚动轴承和第一加载轴，加载夹持端将载荷施加于所述加载梁，所述加载梁与所述滚动轴承接触。

进一步地，所述次级加载机构包括安装在所述支撑梁上的第三支撑架和安装在所述第三支撑架上的第二加载轴。

根据一种实施方式，所述支撑梁为工字梁，其上设有多个安装孔以调节安装于其上的各部件的位置。

根据一种实施方式，所述第一支撑架的可移动的支座通过地脚螺栓连接到所述底座上的导槽中。